Fémorganikus katalízis vizes közegben és többfázisú rendszerekben

Vezető: 
Dr. Joó Ferenc

A DE Fizikai Kémiai Tanszékén és az MTA-DE Homogén Katalízis Kutatócsoportban hosszabb idő óta folytatunk kutatásokat vízoldható átmenetifém komplex katalizátorok előállítására és alkalmazásaira. Nagy számban állítottunk elő vízoldható tercier foszfin tipusú ligandumokat valamint ezek ródium-, ruténium-, iridium- és palládiumkomplexeit. A komplexek katalitikus aktivitását elsősorban hidrogénezési reakciókban vizsgáltuk, de kutatásainkat kiterjesztettük a hidrogénátvitel, a hidrogén-deutérium csere, és az allil-alkoholok redox-izomerizációja területére is. Speciális alkalmazást nyertek katalizátoraink biológiai membránok hidrogénezéssel történő módosításában. Több katalitikus rendszerben megvalósítottuk karbonátok és hidrogénkarbonátok hidrogénezését formiáttá. Eredményeink részben a biológiai ill. környezeti szempontból fontos szubsztrátumok átalakítása, részben pedig a környezetkímélő katalitikus technológiák megvalósítása szempontjából fontosak.

A kutatóegyetemi pályázat keretében tovább folytatjuk az újtipusú vízoldható katalizátorok szintézisét, kiterjesztve a ligandumok körét a vízoldható (vagy azzá tett) N-heterociklusos karbénekre (NHC) és a szulfonált szalén-tipusú vegyületekre. Az eddig szinte kizárólag alkalmazott platinafémek mellett intenzíven kutatjuk ezen ligandumok vaskomplexeinek katalitikus hatását is. A vas eddig jelentéktelen szerepet játszott a homogén fémorganikus katalízisben, azonban egyre több jel mutatja, hogy aktív és szelektív katalizátorok fémkomponense lehet. A téma iránt óriási a nemzetközi érdeklődés, hiszen a gyakran alkalmazott ródium mintegy 60 000-szer drágább, mint a vas. Kutatásainkat nemzetközi együttműködésben tervezzük (Bristoli Egyetem, Anglia; Leibniz Intézet Rostock, Németország; Katalán Kémiai Kutatóintézet (ICIQ), Tarragona, Spanyolország).
Továbbra is elsősorban hidrogénezési és hidrogénátviteli reakciókat vizsgálunk, de kísérletet teszünk nitrilek és alkinek, tovább alkének katalitikus hidratálására. Ez utóbbi reakciókban elsősorban az arany-NHC karbén komplexektől várunk jelentős aktivitás. Az olefinek un. anti-Markovnyikov tipusú hidratálása primer alkoholok közvetlen előállítását tenné lehetővé, ami feleslegessé tenné a ma nagyipari méretekben alkalmazott hidroformilezés + hidrogénezés kétlépcsős eljárást. Fontos kutatási terület a szerves halogénszármazékok katalitikus reduktív dehalogénezése is.
Kutatásaink lényeges része a katalitikus reakciók mechanizmusának felderítése kinetikai mérésekkel és a lehetséges köztitermékek elkülönítésével vagy in situ vizsgálatával. Ehhez elsősorban nagy gáznyomás (H2, CO2, CO) alatti multinukleáris NMR méréseket tervezünk. Jelentős szerepet szánunk e téren a számításos kémiai (kvantumkémiai és molekulamechanikai) módszerek alkalmazásának. A mechanizmus kutatásokhoz kinetikai és egyensúlyi vizsgálatokon túl olyan új, Magyarországon még nem alkalmazott módszereket vezetünk be, mint a para-hidrogén-indukált polarizáció, melynek révén a hidrogénezési reakciók köztitermékei ill. a katalitikusan aktív részecskék NMR módszerekkel érzékenyen detektálhatók. A para-hidrogén-indukált hiperpolarizációt –a Torinói Egyetem kutatóival együttműködésben- mágneses képalkotó eljárások kifejlesztésében hasznosítjuk.
Külön említjük a biológiai membránok vizsgálatát. Együttműködésben az MTA SZBK Biokémiai Intézet Vígh László akadémikus vezette csoportjával a katalitikus hidrogénezés segítségével megpróbáljuk módosítani a lipidek raftokba történő szerveződését. Nemzetközi szinten is új eleme kutatásainknak fluoreszkáló katalizátorok szintézise és alkalmazása biomembránok hidrogénezésében a katalizátor lokalizációjának meghatározására. Egy másik vizsgálatsorozatban egyes növényfajták membránjainak tulajdonságai és a szélsőséges agroökológiai adottságokkal szembeni tűrőképessége közötti összefüggéseket keressük; ez utóbbi területen a DE AGTC Karcagi Kutatóintézete munkatársaival végzünk közös kutatásokat.